Projektportrait - EnOB: Forschung für Energieoptimiertes Bauen
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Portrait Nr. 23 Umweltbundesamt Dessau Büro und Verwaltung Institute, Schulen und Hochschulen Verkaufsstätten Produktionsstätten 23 Heil- und Pflegeeinrichtungen Hotels und Gastronomie Integraler Entwurfsprozess Simulation Erhöhter Wärmeschutz Passive Kühlung Tageslichtnutzung Atrium Solarthermie Solarstrom Wärmerückgewinnung Erdwärme -, Erdkältenutzung Kraft-/WärmeKopplung Wärme-/KälteVerbund Wärmepumpe Gebäudeautomation Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) Biomassenutzung Regenwasserkonzept Baustoffökologie Projektportrait Ausgehend von einer Empfehlung der Föderalismus-Kommission, das Umweltbundesamt nach Sachsen-Anhalt zu verlagern, basiert die Gebäudeplanung auf einem Wettbewerb aus dem Jahre 1997. Leitgedanke dieses Wettbewerbs war der Entwurf eines energieeffizienten Gebäudes mit der Nutzung regenerativer Energiequellen. Der Bau steht in zentraler städtebaulicher Lage. Im Umfeld – einem ehemaligen Industriegebiet – befinden sich eine Hauptverkehrsstraße, Wohngebäude sowie gewerblich genutzte Flächen Besonderheiten Wesentlicher Bestandteil des Gebäudes ist die viergeschossige Gebäude-“Schlange“, der Bürotrakt mit Atrium und Forum. Das Forum ist der zentrale Bereich mit dem Eingang und allen öffentlichen Einrichtungen. An die Gebäude-„Schlange“ grenzt der Neu- und Bestandsbau der Bibliothek an. Weitere Bestandteile der Anlage sind die Kantine und der Wörlitzer Bahnhof. Das gesamte umbaute Volumen beträgt ca. 200.000 m3. Wesentliche Komponenten des realisierten Energiekonzeptes sind die Unterschreitung der Wärmeschutzverordnung (gültig zum Planungszeitpunkt) um über 50 %, die Begrenzung des gesamten Elektroenergiebedarfes auf max. 40 kWh/m2NGFa und die Deckung des gesamten Energiebedarfs zu mindestens 15 % aus regenerativen Energiequellen. Das Gebäude bietet Platz für 790 Arbeitsplätze. Das Raumkonzept setzt sich aus kleinen, gleich gestalteten Einzelbüros zusammen, die mit größeren Gemeinschafts- und Service-Flächen kombiniert werden. N Abb. 1: Grundriss EG Abb. 2: Querschnitt 2 23 Umweltbundesamt Dessau Stand 3/2005 Abb. 3: Lageplan Das Gebäude befindet sich auf einem ehemaligen Industriegebiet, dem „Gasviertel“ Dessaus. Der Boden war stark kontaminiert und musste daher größtenteils gereinigt und ausgetauscht werden. Diese sehr aufwändigen Maßnahmen waren andererseits für den Einbau des Erdregisters vorteilhaft, da hierfür nur wenige gesonderten Erdarbeiten notwendig waren. Das Erdregister liegt in 3 m Tiefe unmittelbar neben dem Gebäude, insgesamt sind 4.800 m Rohre verlegt. Das Erdregister ist zur Zeit eines der größten in Deutschland. Atrium und Forum haben gemeinsam eine Grundfläche von rund 3.400 m2. In der Übergangszeit und im Sommer wird die Abluft aus den Büros über das Atrium und das Forum geführt. Während der Sommernächte ermöglicht der thermische Auftrieb in beiden Bereichen die nächtliche Lüftung der Büros ohne mechanische Unterstützung. Atrium und Forum werden weder im Sommer noch im Winter temperiert. Das Atrium ist in fünf Entrauchungsabschnitte eingeteilt. Im Brandfall ziehen auf dem Dach aufgestellte Ventilatoren die Luft aus dem Atrium bis sich die entsprechende Thermik einstellt und die natürliche Entrauchung über die Dachöffnungen funktioniert. Nachströmöffnungen befinden sich im Erdgeschoß. Gebäudeinformation Erste Erfahrungen Das Hauptgebäude besteht aus einer Stahlbetonskelettkonstruktion mit Flachdecken und einem Stützenraster von 5,50 m. Die Decken bleiben unverkleidet. Elektro-, Daten- und Kabelschächte sind in Bodenkanäle integriert. Das Atrium und das Forum sind mit einem Nord-Süd ausgerichteten Sheddach verglast. In das Forumdach ist eine Photovoltaik-Anlage integriert, beide Glasdächer besitzen einen innen liegenden, textilen Sonnenschutz. Die Fenster ( U-Wert 1,2) besitzen eine weitere, außen liegende Einfachverglasung, hinter der sich der Sonnenschutz befindet. Der Verglasungsanteil (transparente Flächen) der Außenfassade beträgt 35 %. Die Innenfassade zu Atrium und Forum besteht ebenfalls aus Holzelementen. Die Fenster zum Atrium (U-Wert 1,3 W/m2K) besitzen einen innen liegenden Blendschutz. Die Außenfassade des Hauptgebäudes ist als Elementfassade mit einer Holztafelkonstruktion konzipiert. Horizontale Holzbänder verkleiden den Brüstungs- und Sturzbereich. Das Fensterband teilt sich in transparente und farbige Bereiche. Diese Zone enthält öffenbare Fenster, opake Nachtlüftungselemente als Drehflügel und glasverkleidete Wandstücke. Das Hauptgebäude ist viergeschossig, alle anderen Gebäude weisen ein bis drei Geschosse auf. Das Bürohauptgebäude ist vollflächig unterkellert: 15 % des Kellers werden beheizt, 85 % sind unbeheizt. Nutzung Wärmeschutznachweis (EnEV)** Nutzungszeiten Anzahl der NutzerInnen Fertigstellung Mo-Fr 6-22 Uhr, 790 2005 Baukörper Bürotrakt (inkl. Hörsaal, Zwischenbau Bibliothek und Bestandsbau Bibliothek) Geschosse mittlere Raumhöhe (NRI/NGF) A/V-Verhältnis 5 5,7 m 0,34 m -1 Die Dächer von Hauptgebäude und Kantine sind teilweise begrünte Flachdächer. Bauteil U-Wert in W/(m2K) Außenwände (im Mittel) 0,23 Dach (im Mittel) 0,13 Fenster (Innenfassade) 1,30 Fenster (Außenfassade) 1,20 Dachverglasung (ohne Rahmen) 5,80 Boden gegen Erdreich 0,35 0,49 Mittlerer U-Wert (HT) 1,05 Mittlerer U-Wert zulässig (HT, max) 53 % Unterschreitung von HT, max Jahresheizwärmebedarf (Qh) nach EnEV** Flächen und Volumen, DIN 277* Qh/V vorhanden Qh/An vorhanden Volumen Schon bei der Wettbewerbsdurchführung hatte die Energieeffizienz einen hohen Stellenwert. Die energetischen Anforderungen waren so formuliert, dass ihr Nachweis einerseits im Rahmen eines Wettbewerbs mit einem vertretbaren Aufwand erfüllbar, andererseits aber auch nachprüfbar war. Mit den Entwürfen war ein Energiekonzept abzugeben, das Aussagen zur Nutzung regenerativer Energiequellen, ein haustechnisches Anlagenkonzept und ein Lüftungskonzept enthalten sollte. Mit Beginn des Planungsprozesses wurde vom Bauherrn ein „Energiebeauftragter“ eingesetzt, der als „Anwalt“ und Ratgeber für die Energieeffizienz tätig war. Weiterhin wurde eine Arbeitsgruppe „Energie, Ökologie und Baunutzungskosten“ gebildet. In Zusammenarbeit mit dem „Energiebeauftragten“ und dem Arbeitskreis wurde im Verlauf des Planungsprozesses der Entwurf hinsichtlich der Energieeffizienz weiterentwickelt. So wurde der Glasflächenanteil vermindert und das Lüftungskonzept verändert. Das Monitoringkonzept wurde von Beginn an in die Planung miteinbezogen. Der „Energiebeauftragte“ und die Arbeitsgruppe begleiteten auch die Bauausführung. Energierelevante Mängel wurden in den laufenden Baubesprechungen angesprochen und gemeinsam Lösungen erarbeitet. 12,3 kWh/m3a 38,5 kWh/m2a BruttoRaumInhalt 184.855 m3 Flächen NettoGrundFläche 32.384 m2 HauptNutzFläche 16.032 m2 Fensterflächen** Nord Bauwerkskosten Brutto, Stand Kostenberechnung Bezug 38% 36% West 51% Ost 43% Süd Anteil der Fensterflächen an den Fassadenflächen. In Summe 0,06 m2 Fensterfläche je m2 NGF. 3 23 Umweltbundesamt Dessau Stand 3/2005 Kosten* BruttoRaumInhalt DIN 277 NettoGrundFläche DIN 277 Baukonstruktion DIN 276: KG 300 212 €/m3 Technische Anlagen DIN 276: KG 400 73 €/m3 Bauwerkskosten KG 300+KG 400 285 €/m3 1.211 €/m2 415 €/m2 1.626 €/m2 * Hauptgebäude (Neubau) einschließlich Hörsaal und Zwischenbau Bibliothek ** ohne Hörsaal und Zwischenbau Bibliothek Energiekonzept Abb. 4: Verteilerrohr des Erdregisters Das Gebäude unterschreitet den baulichen Wärmeschutz nach EnEV um 50 %. Das A/V-Verhältnis der Gebäudeschlange liegt bei 0,4 m-1. Die Grundversorgung des Gebäudes mit Wärme wird über Fernwärme gedeckt, einen weiteren Teil steuert ein Deponiegas-BHKW außerhalb des Gebäudes bei, das von den Stadtwerken Dessau betrieben wird und dessen Errichtung das UBA finanziell unterstützte. Der Gesamtnutzungsgrad des BHKW liegt bei 87 % (51 % Wärme, 36 % Strom). Die Zuluft wird überwiegend über ein Erdregister konditioniert. Die Gesamtlänge des Rohrleitungsfeldes beträgt 4.800 m. Für alle Bereiche gibt es eine Zu- und Abluftanlage, im Bürobereich wird eine Wärmerückgewinnung mit einer Rückwärmzahl von 74 % eingesetzt. Eine solargestützte Kälteerzeugung sorgt für die Kühlung der EDV Räume. Dabei wird in einer Adsorptionskältemaschine durch Verdampfung und Adsorption eines Kältemittels (Silicagel) der gewünschte Kühleffekt bewirkt. Die Regeneration des Sorptionsmate- rials erfolgt primär durch solar erwärmtes Heißwasser, das eine thermische Solaranlage mit 354 m2 Vakuumröhrenkollektoren liefert. Der Hörsaal wird über eine Kompressionskältemaschine gekühlt. Der Gesamtstrombedarf des Gebäudes für Hilfsstrom, Beleuchtung, nutzerabhängige Verbräuche und das Rechenzentrum liegt in der Planung bei 40,4 kWh/m2NGFa. In die Verglasung des Sheddachs über dem Forum ist als Sonnenschutz eine Solarstromanlage mit einer Fläche von 228 m2 (netto) und einer Leistung von 32 kWp integriert. Der Anteil der regenerativen Energiebereitstellung am Gesamtenergiebedarf beträgt konzeptionell in den ersten fünf Jahren 20 %, ab dem 6. Jahr 11 %.* Die Verminderung ergibt sich aus der Tatsache, dass die Deponie, aus der das Gas bezogen wird, nach einigen Jahren „ausgast“ und sich somit der Anteil, den die Stadtwerke mit Deponiegas decken, vermindert. Abb. 5: Sammelrohr des Erdregisters * Quelle: Energieversorgungskonzept, Stand 07/03 PVGenerator Netzstrom Deponiegas Strom Kompressionskältemaschine Kälte BHKW Adsorbtionskältemaschine Luft-/Erdregister Fernwärme Wärme Solarkollektoren Wärmerückgewinnung Abb. 6: Energieversorgung Tab. 1: Kennwerte der Luft-/Erdregister Tab. 2: Kennwerte der Energieversorgung Material (Registerrohre Polypropylen und Sammelrohre) und Stahlbeton Anzahl der Kanäle 88 Stk Gesamtlänge der Tauscherrohre 4.800 m Nennweite Tauscherrohre DN 300 mm Nennweite VerteilerDN 1500 mm und Sammelrohre Verlegetiefe 3,0 m Nennvolumenstrom 76.000 m3/h Spezifische Oberfläche ca. 0,06 m2/(m3/h) m2 Fernwärme Solarkollektoren Solarstromanlage Adsorbtionskältemaschine Kompressionskälte Hörsaal Spez. Leistung in W/m2 NGF (ges. Liegenschaft) 354* 228 Strom kW Wärme kW 906 Kälte kW 31,3 0,9 26,0 69 80 4,3 * Absorberfläche 23 Umweltbundesamt Dessau Stand 3/2005 4 Gebäude- und Technikkonzept Abb. 7: Die Solarstromanlage im Dach des Forums Lüftung und Heizung Winter Die Wärme wird in den Büros über Plattenheizkörper mit Thermostatventilen verteilt. Alle Büros werden mechanisch be- und entlüftet. Ist die Temperaturdifferenz zwischen Außen- und Zuluft größer als 2 K, wird die Zuluft über das Luft-Erdregister konditioniert. Im Gebäude führen die Zuluftrohre über der abgehängten Flurdecke in die Büros. Durch den geringen Überdruck in den Büros gelangt die Abluft mittels schalldämmender Überströmelemente, die seitlich der Bürotür angeordnet sind, in den Flur. Wo erforderlich sind die Überströmelemente so ausgeführt, dass sie im Brandfall über einen Federrücklaufmotor dicht schließen. Tageslicht und Beleuchtung Am Ende des Flurs wird die Luft an einem Punkt abgesaugt und verlässt über die Wärmerückgewinnung das Gebäude. Als elektrische Beleuchtung werden in den Büros direkt strahlende Leuchtstofflampen mit EVG eingesetzt. Diese besitzen einen leuchtenintegrierten Sensor, über den die Leuchte präsenz- und tageslichtabhängig geregelt wird. Die Atrien werden im Winter nicht beheizt und nicht belüftet, sie sind nicht Teil der gedämmten Hülle. Übergangszeit Die schallexponierten Büros im Westen werden weiter mechanisch belüftet, die Belüftung der Büros auf der Ostseite ist über die Fenster möglich. Entlüftet werden die Büros wie im Winter, die Abluft verlässt das Gebäude über das Atrium. Die atriumsseitigen Büros können frei über das Atrium be- und entlüftet werden. Sommer Alle Büros (Atriumbüros dann, wenn die Außenlufttemperatur über 22 °C liegt) werden mechanisch mit der über das Erdregister temperierten Luft belüftet. Die Entlüftung wird wie in der Übergangszeit gehandhabt. Ständerwerk 75 mm GK-Platte 2 x 12,5 mm Schrauben Absorberelement Die tagsüber in den Bauteilen gespeicherte Wärme wird mittels freier Nachtlüftung abFrontblech geführt. Dazu sind in den Außenbüros motorisch gesteuerte Nachtlüftungsklappen eingePerforierung setzt. Die Überströmöffnungen in den Fluren Abschlußprofil dienen dazu den Luftstrom in das Atrium zu führen. Angetrieben wird der Mechanismus Abb. 8: Das Überströmelement zwischen Büros und durch den thermischen Auftrieb im Atrium. Flur im Detail. Durch das Öffnen der Bürotür kann die Bew. Normschallpegeldifferenzierung 41 dB Luftwechselzahl merklich verbessert werden. Luftweg innenliegender textiler Sonnenschutz Der Lamellen-Sonnenschutz wird zwischen der Doppel- und der hinterlüfteten Einfachverglasung geführt und ausschließlich manuell bedient. Besonders in den unteren Atriumbüros ist die Tageslichtnutzung nur eingeschränkt möglich (mittlerer Lichttransmissionsgrad der Dachverglasung mit Sonnenschutz ca. 15 %). Bei Simulationen betrug der Tageslichtquotient in 2 Metern Entfernung von der Fassade ca. 1 %. Um diesen etwas zu verbessern, ist der Atriumboden hell gestaltet. Die Fenster der Atriumbüros sind sturzfrei und die Farbe der Bürodecken weist einen Reflexionsgrad von 80 % auf. Als Blendschutz kommt eine zweigeteilte Jalousie zum Einsatz. Die oberen Lamellen sind zur Lichtlenkung verspiegelt, aber nicht separat drehbar. Die Flure werden über Deckeneinbau-Downlights beleuchtet, diese werden nach Arbeitszeiten für das gesamte Hauptgebäude über eine Zentralschaltung aktiviert. Die bedarfsabhängige Beleuchtung der Flure steuern ergänzend Präsenzmelder. zentrale Aktivierung für gesamtes Gebäude, Präsenzmelder manuell bedienbarer Blendschutz Luftwechsel/Tag 4 m3/h 50 Lux 3,4 W/m2 Atrium Flur Büro natürliche Lüftung mechanische Lüftung Winter/Sommer Wärmerückgewinnung Luft-Erdregister leuchtenintegrierte präsenz- und tageslichtabhängige Regelung Atrium Fortluft Flur 4,80 m 1,90 m 300-500 Lux 6,7 - 7,5 W/m2 manuelle Bedienung des innenliegenden Sonnenschutzes zwischen innerer Doppel- und äußerer Einfachverglasung Büro 5,00 m Zuluft Abb. 10: Beleuchtung der Büros Abb. 9: Das Lüftungskonzept der Standardbüros 23 Umweltbundesamt Dessau Stand 3/2005 5 Impressum Projektteam SolarBau : MONITOR Team Monitoring Bauherrenvertreter Landesbetrieb Bau Sachsen-Anhalt Niederlassung Ost Ansprechpartner: Frau Müller Schwabestraße 11 06846 Dessau Institut für Erhaltung und Modernissierung von Bauwerken e. V. an der TU Berlin (IEMB) Ansprechpartner: Herr Dr. Römmling Salzufer 14 10587 Berlin Tel. 030- 39921771 Fax: 030-39921851 Email: [email protected] Internet: www.iemb.de Dieses Dokument wurde im Rahmen des Begleitforschungsprojekts »SolarBau : MONITOR« erstellt. Die Begleitforschung dokumentiert, analysiert und kommuniziert die Ergebnisse der NeubauDemonstrationsprojekte des Förderkonzepts Energieoptimiertes Bauen des BMWA. Die Verantwortung für den Inhalt dieses Faltblattes liegt bei der Bergischen Universität Wuppertal, b+tga. Kontaktadresse: Gesamtverantwortung und Koordination Dokumentation und Analyse Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Herr Herkel Heidenhofstr. 2 79110 Freiburg Telefon (0761) 45 88-51 17 Telefax (0761) 45 88-90 00 e-mail: [email protected] Bergische Universität Wuppertal Prof. Dr.-Ing. Voss Fachbereich Architektur, Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung (b+tga) Pauluskirchstr. 7 42285 Wuppertal Telefon (0202) 439-40 94 Telefax (0202) 439-42 96 e-mail: [email protected] Kommunikation sol°id°ar Architekten und Ingenieure Herr Dr. Löhnert Forststr. 30 12163 Berlin Lehre, Aus- und Weiterbildung Universität Karlsruhe Herr Prof. Wagner Fakultät Architektur Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau (fbta) Englerstr. 7 76128 Karlsruhe Projektförderung Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit BMWA Architektur / Bauleitung Sauerbruch Hutton Architekten Ansprechpartner: Herr Young, Herr Kiel Lehrter Straße 57 10557 Berlin Förderung Projektsteuerung Bovis Lend Lease I'RW AG Ansprechpartner: Herr Trompelt Dietzgenstraße 24 04157 Leipzig Monitoring 605.671 € Laufzeit 1.5.2003 bis 31.12 2007 Tragwerksplanung Krebs und Kiefer Ansprechpartner: Herr Hanek Obentrautstraße 72 10963 Berlin Projektadresse Umweltbundesamt Dessau Am Wörlitzer Platz 1 06844 Dessau Brandschutz Forschungsstelle für Brandschutztechnik Ansprechpartner: Herr Brein Hertzstraße 16 76187 Karlsruhe Technische Gebäudeausrüstung, Simulation/Energiekonzept ZWP Zibell, Willner und Partner Ansprechpartner: Herr Willner, Herr Bega Ringbahnstraße 32-34 12099 Berlin Energiebeauftragter Institut für Erhaltung u. Modernisierung von Bauwerken e.V. an der TU Berlin Ansprechpartner: Herr Dr. Römmling Salzufer 14 10587 Berlin Thermische Bauphysik Müller BBM Berlin Ansprechpartner: Herr Hülsenberg Nollendorfplatz 3 10777 Berlin Bauherr Projektsteuerung Architekt TGA über Projektträger PTJ Herr Kratz Forschungszentrum Jülich GmbH 52425 Jülich Elektrotechnik Ingenieurbüro Lehr Ansprechpartner: Frau Lehr Kühnauer Straße 65 06846 Dessau Abbildungsnachweis Ökologische Beratung Gesellschaft für ökologische Bautechnik mbH Ansprechpartner: Herr Rudolphi Mulackstraße 19 10119 Berlin Titel: Lepowski Studios, Berlin Abb. 1-3: Sauerbruch Hutton Architekten Abb. 4, 5, 7: Zibell Willner & Partner, Berlin Abb. 8: Westaflex 1. Auflage, 2005 Besuchen Sie uns im Internet http://www.solarbau.de Begleitung Umweltbundesamt Dessau Ansprechpartner: Herr Schablitzki Am Wörlitzer Platz 1 06844 Dessau Elektroplanung Tragwerksplanung Bauphysik Energiebeauftragter Ökologische Beratung
